落实学生认知主体地位的物理课堂教学*

2021-03-04付鹂娟

物理通报 2021年3期

关键词：振子弹簧振动

付鹂娟

(北京市第一0一中学北京 100091)

续佩君

(首都师范大学物理系北京 100048)

1 问题的提出与聚焦

现在，不承认教学要以学生学习为主体的教师大概已经不多了．课上学生参与活动，表观上虽数量增加、形式多样，但学生在活动的过程中并非在思维深层处，甚至有的所谓“师生对话”就是直白的问答．究竟在课堂教学中怎么才算真的落实了“以学生为主体”呢？没有学生参与或只有学生表观上的参与显然是不够的．当把课堂作为教学主阵地时，需要认真探寻课堂上如何落实对学生认知主体地位的尊重，这种尊重显然与对学生人格、权力等方面的尊重有明显差异．

2 回顾与分析

2.1 物理课堂教学落实学生认知主体地位的表征

高中生对物理学习的反馈大体上是：一听就懂,一做就错．而教师能够发现学生在概念规律理解上的错误，几乎都源于学生的错题．深究其原因，客观原因是物理概念本身的两个属性：多重抽象性和精细性，以及物理学理论严谨的逻辑性；主观原因中，重要的原因是师生都习惯了基于“观察-思考-听讲-接受-运用”的师主动、生被动的这种常态教学形式．但其“效率”仍是建立在学生沿着教师的思路和逻辑接受了新概念而产生的一种懂感．此“感”并非是在自身深入参与学习活动之后自己生成的，必然对所研问题缺少深入的理解．课堂上，只有当学生的思维从介入态转化到一定程度的实质性参与态，并获得深入或较为深入的理解，且形成用基础知识和逻辑支持的个性化的表述时，才表明他已处于相对的“真懂”状态．

综上所述，学生个体思维和肢体的“实质性参与”及“深入化参与”可作为课堂教学落实学生认知主体地位的一个表征．

2.2 教师主导的发挥方向和过程导向

2019年7月，中共中央、国务院《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》在强调“突出学生为主体”之前，先行说明了要“充分发挥教师主导作用，引导教师深入理解学科特点、知识结构、思想方法，科学把握学生认知规律，上好每一堂课”[2]．教师主导作用的发挥方向和过程导向是课堂落实学生认知主体地位的关键.

可以从以下3点来认识上好一节课的方法．首先，认知是因人而异的过程，属于学生个体．其次，认知规律是客观的，属于教师，且源于已经过去的学生．再次，规律是共性的，而共性又是通过个性才能体现的．3点综合：教师在通晓学生认知规律、重视教学经验的同时，要更关注当前学生个体的思维状态、变化趋势、问题以及原因，并据实际情况通过方向导向和过程导向发挥主导作用．在具体运作层面上，可将“方向导向”与“过程导向”的运作简化为相互衔接与转化的两种方式，生随师行与师随生行．情境与问题、学习内容及其程度和课堂教学整体环节的预设，以生随师行为主；学习具体内容的教法、教具、学习心态和理解状态改变的过程，宜以师随生行为主．当学生自觉地把认知当作自己的权利，真正的自主学习就会自然出现．

2.3 让学生获得体验

将体验作为使学生悄然进入思维和肢体切实、实质、深入参与课堂学习的教学手段.

常态教学常常削弱甚至忽略了让学生获得体验的时间．从常识可知：成功的经验与情感是引发人行为的一个能动性因素，而获得经验与情感的一条常见途径是体验和基于体验的感受．体验，强调身体和身心的实践参与(介入)过程和经历；感受由体验引发，但可引发高于体验的更抽象与更概括的具身心智和身心情感．

下面以高中物理“简谐运动”一课为例，简述如何使学生获得体验，产生自己的思考且不自觉地被裹入对问题的深入思索，从而生成在思维上的切实参与和深度参与．

人教版选修3-4“简谐运动”一节，教材介绍了频闪照相和数码相机实验获得图像的方法，但学生对这些方法缺乏相关经验，因而都较难理解．如此教学，“新”“生”“难”极易妨碍学生的思维进入积极状态．要使学生容易进入积极思维状态，使用熟悉的方法显然是一条捷径．但能保持这种思维积极态度且在不自觉中深入、深入、再深入地思考，则还需要让他们在问题看似解决之后，又发现-解决-再发现一些貌似难度不大的新问题．在这样思考的设计下，教师的主导需要首先放在如何陆续引发学生的体验上，其次放在根据具体学生学习中的思维状态现场妥善选取适宜的教学措施，或引导、或指导、或质疑、或协助等等．实践表明，两课时的课堂，一直处于积极思维的学生，好像不觉的需要老师讲什么，但到最后的总结，他们却比平时更专注地听老师归纳、提炼对不同表述存在的问题与精准度．

3 主要教学环节的思路设计

以从体验到思维，从思维到理解的思路设计的“简谐运动”主要教学环节及目的.

设计的指导思想：将应对教师提问的思考习惯变为学生自己发现问题的思考状态，营造学生作为学习主体，主动体验思维和预设与实践之间的双向思考过程——自己的思考过程-判断-选择相应行为(行动、操作)实践的交互对比；营造学生作为学习主体，体验创造性参与以及从不同视角思考问题和综合性获取学习成果的过程．

3.1 复习-启迪

为给学生更多时间自己学习，采用暗示性铺垫法，问题如下：一物体运动的位移-时间图像如图1所示，请说明物体的运动情况．大约半分钟；教师说明我们不具体解答这个问题，已经明白和还没想好的同学，都直接观看下面弹簧振子的振动视频，然后请大家根据视频先画出弹簧振子的位置-时间图像．

图1 位移-时间图像

播放图1所示的水平弹簧振子和竖直弹簧振子分别从不同位置开始运动的3个视频，其中①表示平衡位置，②表示起始位置(图2)．

图2 弹簧振子的水平振动和竖直振动

3.2 体验描点法获取图像

体验描点法获取弹簧振子的x-t图像，思考振子运动的运动学特征，理解位移概念在不同形式机械运动中的不变性.

3.2.1 获取水平弹簧振子的位置图像

让学生分3组分别画出视频中振子运动的位置-时间图像，并说明图像如何与实际运动相对应．允许并提倡如果有谁认为自己想到的问题很重要，或者思考后还需要求助的问题，都可以在座位上直接口头报告；教师把问题即时打到屏幕上，若不是值得随后追究的问题，可将该问题删去；反之就将其保留，以备后用．

随后学生开始操作．由于教师没有任何提示，学生的动作就显示出他们思考的对象、思路、探索和思考状态．例如大多数学生几乎不加思索地就画出直角坐标系，但随后就犹豫、探索坐标原点对应的位置值．大多数学生都选择了平衡位置作为坐标原点，并规定了振子向右的运动方向为正方向．但随后如何定点和画曲线，特别是错误的描点和画线，直接暴露了学生思考的水平．如图3所示，是学生对图2的视频给出的图像．

图3 以振子平衡位置为原点的错误位置-时间图像

3.2.2 关注振子的位置

关注振子位置的物理意义及其位置分布特征，思考这对绘制其位置-时间图像的作用.

在学生自己思考且体验的基础上采用师随生走的方式，根据学生报告的问题和解决方法、画出的图像和修改的过程，请学生说出自己的思考和理由，相互交流彼此的想法，适时追问、点拨和提高到最后的趋同认识．例如对图3(a)所示的图像，学生认识到不能正确反映出振子的运动方向；而图3(b)所示的图像，则是没有关注关键点之外的那些点的位置特点等等．之所以不采用正面直接质问的方式，例如“位置有方向吗？”“振子的速度如何变化？”是因为大多数学生都能说出答案，但他们其实只是机械记住了这些结论，而教师可能就会以为学生已经理解了这些知识．通过实践体验和平等交流，学生自己发现错误并加以修正，从接受、记忆变为自身理解的认知．

最后的趋同认识由学生小结．描点法绘制振子位置-时间图像：确定坐标原点-规定正方向-确定不同时刻运动物体的位置(需要找典型位置)-根据物体从一个位置到另一个位置是如何运动的，即分析速度是如何变化的，再将这些典型位置用光滑曲线连接起来．注意保持图像的对称．

然后提出新任务：如何从弹簧振子的位置-时间图像获取其位移-时间图像？

3.2.3 体验图像的获取，思考情境与描述间的逻辑

体验弹簧振子位移-时间图像的获取，思考情境与描述之间的逻辑性，理解对错误追根溯源的必要性.

重做么？位移和位置不是……？什么是位移，本质区别是什么，形状会变么……一时间，学生表现出积极的思考，其主体认知地位跃然堂上．教师打出两张学生刚才画出的位置-时间图像(图4、图5)．

“图4，振子向左的运动为何在正半轴上呢？不是规定振子自平衡点向右的运动方向是正方向么？”教师开始了对学生的质疑，“图5中，设平衡点向上为正，振子初始位置在平衡点下，图像中起始时刻位置为什么为正呢？”当学生明白错在何处，想松一口气时，教师追问：我们为什么会发生这样的错误？在师生继续深入探索之后，教师点拨：犯错找根儿，一时找不着，也得先记着；不然遇到情况还得犯错！错根儿，一般还是在于不能正确理解概念的内涵和概念成立的前提，以及使用条件．

图4 貌似正确的振子位置-时间图像之一

图5 貌似正确的振子位置-时间图像之二

3.2.4 逻辑理解并实证检验

机械振动与直线运动的位移概念存在内在的一致性.

沿追根溯源的思路，教师又回归面对视频的最初操作提出一系列问题，“为什么选择平衡位置作为坐标原点？”“你认为机械振动有什么特点”“能否根据这些特点给机械振动的位移下一个定义？”再联系学过的直线运动，引导思考和理解的方向．最后引导学生自己总结出：不同形式的运动中位移的概念具有内在的统一性；若选取平衡位置为坐标原点，位置-时间图像就是位移-时间图像，位移图像体现了振子运动的对称性．

“这些结论是我们分析水平弹簧振子的图像得出的，如果是对的，理应也适合于竖直方向的弹簧振子．”教师又提出新的问题：比较水平和竖直弹簧振子的位移图像，理解振子运动的运动学特征．

经过讨论，得到正确图像(图6、图7)．在学生得出“这两种弹簧振子的运动特点相同”之后，教师总结：我们可以用图像直观地描述所有类似弹簧振子的运动，发现其位移图像都是如此形式，就可以抽出其运动的一些本质特征．

图6 水平弹簧振子的位移图像

图7 竖直弹簧振子的位移图像

3.3 绝知此事要躬行

体验用抽纸法获取弹簧振子运动的图像，感受创造性参与实验设计，思考和扩展物体运动学特征的内涵.

设计并完成一个模拟振子运动的实验，并记录振子的位移随时间的变化.

器材：1张白纸，1把尺子和1支笔．

学生设计的难点，一是如何用所给器材构建一个类似振子的运动，二是寻找记录这个运动位移的方法．难点一的突破在于要全面理解振子运动的特点，难点二的突破在于产生“把时间展开”的思想．

设计意图：学生在抽取弹簧振子运动的要素，模拟振子运动的过程中进一步体会振子运动的周期性．

学生跃跃欲试，在提取振动要素构建振动上表现甚快，但在具体操作时又表现出犹豫、迟缓、重复、调整，正反映出他们处于“好像有问题”的体验与思考之中．

图8(a)的学生用手的上下运动模拟振子运动，同时用笔记录运动．图8(b)的学生用尺子的来回运动代表振动并用笔记录尺子的振动．虽然可预料他们对振动的直线轨迹与变速运动这两点还注意不够，但仍然表现出了创造的态度．图8(c)的学生，用笔的上下运动构建振动，这样笔在振动的同时也记录了自身的位置，并且他让笔在尺子中间的缝隙里来回运动，在保证振子运动的轨迹是直线的同时还能保证振动是对称的，说明他比较全面地理解了振子运动的特点．

图8 设计模拟振子运动实验中的学生

学生找到用“抽动白纸”的办法获取图像经历了一个试探过程．图9中的学生都把笔紧贴在尺子上用尺子模拟振动，记录位移．图9(a)中的学生没有抽动白纸，发现只能得到一条直线．图9(b)、(c)中的学生想到抽动白纸，但开始不是垂直振动方向抽动，发现获得图像也只能是一条直线，尝试改变白纸抽动方向，最终得到了比较理想的图像．要在同一个空间记录振子在不同时刻的位移，就要沿垂直振动的方向匀速抽动白纸：用振子在纸移动时留下的痕迹间隔表示时间，匀速抽动才能显示通过相等的距离所用的时间相等，亦即时间轴是均匀的，这样图像才能呈现周期性的特点．